成果報告書詳細
管理番号20120000001239
タイトル平成23年度~平成24年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発/システム技術開発/車載等水素貯蔵・輸送容器システム技術に関する研究開発 及び、水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発/水素貯蔵材料 貯蔵・輸送機器要素技術に関する研究開発/ラーベス構造を有した高容量水素吸蔵合金の開発
公開日2013/1/18
報告書年度2011 - 2012
委託先名日本重化学工業株式会社
プロジェクト番号Q05017
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成23年度~平成24年度成果報告書 「水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発/システム技術開発/車載等水素貯蔵・輸送容器システム技術に関する研究開発」及び、「水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発/水素貯蔵材料 貯蔵・輸送機器要素技術に関する研究開発/ラーベス構造を有した高容量水素吸蔵合金の開発」継続研究(日本重化学工業株式会社)
概要
2025年頃の燃料電池自動車(FCV)の本格普及期に向け、FCVの更なる低コスト化が求められている。水素貯蔵材料を用いたハイブリット型水素貯蔵システムは、FCVの低コスト化を達成するために期待の高い技術である。一方、ハイブリッド型水素貯蔵システムの実用化には、高容量水素貯蔵材料の開発が大きな課題として残されている。
本継続研究では、ハイブリッド型水素貯蔵システムの実用化のカギとなる高性能水素貯蔵材料開発実現のため、前事業で実施してきたラーベス合金とBCC合金について以下の目的で研究開発を行った。ラーベス合金については、現時点で最大7wt%と高い水素質量貯蔵密度が得られているCa、Li系ラーベス合金について、実用化の障害となっている不均化を抑制できる材料の開発に取組み、BCC合金については実用化に向けて高価なバナジウムの代替として安価なフェロバナジウム(FeV)を用いた低コスト化を実現することを目的として、試作・評価を実施した。
ラーベス合金の試作・評価では、PCT測定では、水素吸蔵はするも、不均化を抑制する有効な元素添加を実現できなかった。BCC合金については実用化に向けて高価なバナジウムの代替として安価なフェロバナジウム(FeV)を用いた低コスト化について検討を行った。はじめに、Fe置換による影響を調査するため、Ti12Cr23V(65-x)Fe(x)合金のFe置換量を変えて試作評価を実施した。試作した合金は全てBCC合金の単相であったが、X=5で置換した合金の水素吸蔵量は半減した。それに対して、X=1で置換した合金は、若干の平衡圧力の上昇は見られるが、置換前の吸蔵量と同等であった。さらに、フェロバナジウムに含まれるAl,Siを添加した合金では、さらに平衡圧力が上昇したが、Fe1に相当する置換量では、吸蔵量の低下は見られない。また原料に含まれる酸素量が吸蔵量の低下をしめすが、希土原料とともに溶解を行うことにより、2,500ppmから数10ppmレベルまで脱酸でき、酸素については溶解時の脱酸により吸蔵量の低下を抑制できることを確かめた。
まとめ
ラーベス合金については、試作評価を実施したが、不均化に有効な添加元素を見つけることはできなかった。一方、BCC合金については、FeVで一部を置換する事により、若干の低コスト化が可能であることが確かめられた。しかし、FeVの置換量が限られることから、車載用として利用するには更なる低コスト化が必要である。自動車用の水素貯蔵材料として用いるためには、サイクル特性を維持したまま可能な限りV量の低減する。もしくはFeVのように、Fe,Al,Siを含まない低コストの金属Vを用いるなど、原料製造プロセスまで含めた製造プロセスの検討が必要と考えている。
英文要約Title:“Development of Technologies for Hydrogen Production, Delivery and Storage Systems” and “Development of high capacity hydrogen absorbing alloy with Laves structure”(FY2011-FY2012) Final Report (Japan Metals & Chemicals Co., Ltd.)
Summary
 In the study of “Development of high capacity hydrogen storage alloy with Laves pahse”, while (Ca0.5La0.5)LiMg has a large capacity to store hydrogen such as 7wt.%, there is a problem of causing disproportionation and/or decomposition during absorbing hydrogen. To make an improvement, substitution of M element (M; Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al) to Ca0.5La0.5LiM were tried by utilizing melting, sintering and mechanical alloying methods. As an example, Ca0.5La0.5LiMgNi0.2 alloy had a multiple structures that included C14-type Laves phase. In the PCT measurement, while absorbing hydrogen, it was unable to suppress disproportionation and/or decomposition.
 In the study of “Development of Technologies for Hydrogen Production, Delivery and Storage
 Systems (FY2008-FY2010)”, in relation to BCC alloy, we examined the usage of low-cost ferro vanadium (FeV) in order to lower the cost for practical use. First of all, in order to study the influence of substituting Fe, we changed the amount of Fe ratio in the Ti12Cr23V(65-x)Fe(x) alloy. Synthesized alloy was almost the BCC single phase, while non-substituted alloy absorbed hydrogen up to H/M = 1.8, it was H/M = 1.0 for x = 5 alloy. On the other hand, for the x = 1 alloy, the amount of absorbing hydrogen was as same as the non-substituted sample. Furthermore, in the sample substituted by Al and Si which were included in FeV, the plateau pressure was increased, and the amount of absorbing hydrogen for Fe = 1 substituted sample was not decreased. Zr substitution to adjust the plateau pressure was also performed. However the contribution was very small. Secondly, the BCC samples which included different oxygen content were investigated to examine influence of oxygen content. The BCC alloy with high oxygen content V (O: 12,000ppm) had 1/3 of absorbing hydrogen of low oxygen content V (O: 16ppm), that indicated oxygen content extreamly affected. Then deoxidation from FeV using RE metal by melting method, decreasing oxygen content from 2,500ppm to 10ppm was comfirmed. If all V is substituted by FeV in the Ti12Cr23V(65-x)Fe(x) alloy, the amount of Fe is too much, so that decreasing of absorbing hydrogen and increasing of the plateau pressure will be caused. However, substitution of only one part of V by FeV and deoxydation of BCC alloy produce the same level of hydrogen absorbing/desorbing properties as the base alloy.
For Laves alloy, nevertheless several syntheses and evaluations were tried, it was unabled to find effective elements to suppress disproportionation and/or decomposition. On the other hand, for the BCC alloy, slightly reducing cost was possible by substituting one part of V by FeV. However, substitution level by FeV is limitd, so further cost reduction is required. For the V related BCC alloy for FCV, it is important that good cyclic property, decreasing of the amount of V, and high purity without inpurity such as Fe, Al and Si.
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